Orientador: Daniel Pereira

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Neste trabalho procuramos fazer uma caracterização e comparação de um conjunto de sistemas fotoacústicos gasosos construídos e montados durante o período referente a esta tese de mestrado. Em particular, analisamos uma configuração de Duplo Ressonador Diferencial de Helmholtz que reduz...

Resumo: Neste trabalho procuramos fazer uma caracterização e comparação de um conjunto de sistemas fotoacústicos gasosos construídos e montados durante o período referente a esta tese de mestrado. Em particular, analisamos uma configuração de Duplo Ressonador Diferencial de Helmholtz que reduz largamente os níveis de sinal espúrio devido à absorção pela janela de parte do feixe de bombeamento ótico da amostra, sinal espúrio este que é, na maioria dos sistemas fotoacústicos gasosos, o fator limitante na sensibilidade. O objetivo era, ao final deste trabalho, termos no laboratório alguns sistemas fotoacústicos gasosos caracterizados, com a possibilidade de sua futura utilização em experimentos de medida de concentração de poluentes atmosféricos.
Quanto à disposição da tese, apresentaremos, no capítulo I, a motivação pelo desenvolvimento do trabalho. No capítulo II, uma breve explanação sobre o efeito fotoacústico e aspectos históricos relativos à técnica fotoacústica.
A seguir, no capítulo III, discutiremos mais sistematicamente alguns aspectos teóricos relevantes a ela. Começaremos pela apresentação dos conceitos associados à classificação dos diversos métodos espectroscópicos a laser, concluindo que o fotoacústico é um método calorimétrico, com forte dependência nos tempos de relaxação característicos de sistema + amostra. A seguir, discutiremos os passos referentes à geração e análise dos sinais fotoacústicos (a saber: absorção da radiação, produção do sinal acústico e detecção do sinal), bem como as fontes de ruído e o desenho de sistemas fotoacústicos, tendo em vista sua aplicação prática.
No capítulo IV discutiremos os arranjos experimentais utilizados e os resultados experimentais obtidos nesta tese, considerando-se os aspectos teóricos do capítulo III e os interesses associados ao nosso trabalho. A caracterização desses sistemas será apresentada, explorando-se as várias dependências do sinal foto acústico (com a freqüência de modulação, com a pressão, com a potência do laser de bombeamento e o uso das ressonâncias, por exemplo). Neste mesmo capítulo discutiremos dados referentes à performance dos sistemas para a detecção de amostras gasosas, explorando para isso, dados referentes à razão Sinal/Ruído, a NEP e coeficiente de absorção equivalente para amostras gasosas. ,
Finalmente, no capítulo V, fazemos a conclusão da tese e' discutimos sobre os próximos passos na pesquisa iniciada e as perspectivas para a continuação do trabalho

Abstract: In this work we intended to characterize and compare a set of gaseous photoacoustic systems constructed and mounted during the time referring to this thesis. Particularly we analyzed a configuration named Double Differential Helmholtz Resonator which largely reduces the spurious signal...

Abstract: In this work we intended to characterize and compare a set of gaseous photoacoustic systems constructed and mounted during the time referring to this thesis. Particularly we analyzed a configuration named Double Differential Helmholtz Resonator which largely reduces the spurious signal relative to the absorption by the cell windows of part of radiation used for the optical pumping of the sample. The objective was, finished this work, to have some characterized gaseous photoacoustic systems for a possible future utilization in experiments on measuring atmospheric pollutants concentrations.
As for the arrangement of the monograph, we present in chapter I the motivation for this work. In chapter II a little explanation on photoacoustic effect and historical aspects related to the photoacoustic technique are presented.
In sequence, in chapter III we discuss more systematically some theoretical aspects relevant to this technique. We begin presenting concepts associated to the classification of various laser spectroscopic methods, concluding that photoacoustics is a calorimetric method with strong dependence on sample+system characteristic relaxation times. Soon after, we discuss the steps relating to the generation and analysis of photoacoustic signals (radiation absorption, acoustic signal production and detection) as also the noise sources and systems design, considering their practical application.
In chapter IV, we present the experimental arrangements and discuss the experimental results obtained, considering the theoretical aspects in chapter III and our interests associated to this work. The systems characterization is presented exploring the photoacoustic signal dependencies (on the modulation frequency, on pressure, on the pumping laser power and use of resonance, for example). Also in this chapter we analyze data relating to the systems performance related to gaseous sample analysis, exploring S/N ratio, NEP and minimum equivalent absorption coefficient values.
Finally, in chapter V, we conclude this monograph presenting the next steps in the initiated research and its perspectives